摘要
锂离子电池因其具有能量密度高、自放电率低、绿色环保等优点而被广泛应用于电动汽车领域。然而，低温环境下电池性能衰退大、充电难、易析锂等问题给电动汽车在极寒环境下的推广应用带来巨大挑战。因此，将电池进行低温快速加热，对于提高充电能效和能量利用率具有重要意义。本文针对当前锂离子电池低温加热方法无法同时兼顾加热速率、温度梯度、加热能耗以及衰退影响等问题,开发了一种基于脉冲工况的复合加热方法，可以实现快速、高效、均匀的加热电池，产生的衰退影响很小。具体研究工作如下: 首先，建立锂离子电池电热耦合模型并搭建加热电路实验平台。针对电学模型选取，考虑温度、荷电状态（SOC）、放电电流倍率对模型参数的影响，建立基于二阶RC的等效电路模型;针对热学模型选取，为了探究电池内部温度梯度分布情况，将电池沿厚度方向进行分层，建立分布式热学等效电路模型;根据电热耦合机理建立锂离子电池电热耦合模型。为了控制电池产生脉冲放电电流，搭建加热硬件电路实验平台。 其次，设计实验并完成锂离子电池电学和热学模型参数辨识。针对电学模型参数，放电容量采用不同温度下的恒流放电插值获得;开路电压通过不同温度下的OCV-SOC曲线插值获得;阻抗参数通过多倍率放电脉冲测试参数辨识获得。针对锂离子电池热学模型参数辨识难、辨识时间长等问题，本文利用充放电工况结合产热和传热机理，开发了一种快速热参数辨识的方法，并通过不同工况进行验证，实验和仿真温度误差小于0.1℃,该方法可以为层叠式软包锂离子电池热模型参数辨识提供借鉴。同时，在-20℃下，采用不同放电电流倍率对模型进行验证。 最后，建立加热系统电热耦合模型并完成加热效果仿真及实测对比。将锂离子电池电热耦合模型与脉冲工况相结合，建立基于开关控制的加热系统电热耦合模型。通过仿真和实测的对比，所建立模型能够较为准确的模拟电池在加热过程中的电特性和热特性。开展不同开关频率、占空比对加热的影响，给出不同SOC条件下的加热策略。综合加热速率、温度梯度、采样成本和模型计算复杂度等因素，选取1Hz为最佳加热频率。为了不频繁改变占空比，研究表明占空比从20％、25％、30％中选取，即可满足整个SOC区间的加热策略需求。此外，通过计算加热效率和加热能耗比，并进行循环加热实验，证明所提方法在实现快速均匀加热的同时，具有效率高、能耗低、衰退影响小的优势。
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